Aerobinen vs. Anaerobiset prosessit

Kaikki elävät asiat tarvitsevat jatkuvaa energiaa, jotta solut toimivat normaalisti ja pysyvät terveinä. Jotkut autotrofeiksi kutsutut organismit voivat tuottaa omaa energiaa auringonvaloa tai muita energialähteitä käyttämällä esimerkiksi prosessien avullafotosynteesi. Muiden, kuten ihmisten, täytyy syödä ruokaa energian tuottamiseksi.

Se ei kuitenkaan ole sitä tyyppiä, mitä energiasolut käyttävät toimimiseen. Sen sijaan he käyttävät molekyyliä nimeltään adenosiinitrifosfaatti (ATP) pitääkseen itsensä liikkeellä. Siksi soluilla on oltava tapa ottaa ruokaan varastoitu kemiallinen energia ja muuttaa se toimimiseen tarvittavaksi ATP: ksi. Prosessisolut käyvät läpi tämän muutoksen, jota kutsutaan soluhengitykseksi.

Soluhengitys voi olla aerobista (tarkoittaen "hapen kanssa") tai anaerobista ("ilman happea"). Se, millä reitillä solut kulkevat ATP: n luomiseen, riippuu yksinomaan siitä, onko happea läsnä riittävästi määrää aerobisen hengityksen suorittamiseksi. Jos happea ei ole riittävästi aerobiseen hengitykseen, jotkut organismit käyttävät anaerobista hengitystä tai muita anaerobisia prosesseja, kuten

Hapen on oltava läsnä solujen hengitysprosessissa valmistetun ATP: n maksimoimiseksi. Kun eukaryoottiset lajit kehittyivät ajan myötä, niistä tuli monimutkaisempia elinten ja kehon osien kanssa. Oli tarpeellista, että solut pystyivät luomaan niin paljon ATP: tä kuin mahdollista pitää nämä uudet mukautukset käynnissä oikein.

Maan varhaisessa ilmakehässä oli hyvin vähän happea. Vasta kun autotrofeista tuli runsaasti ja vapautettiin suuriksi happea fotosynteesin sivutuotteena, että aerobinen hengitys voisi kehittyä. Hapen avulla kukin solu tuotti monta kertaa enemmän ATP: tä kuin muinaiset esivanhempansa, jotka luottaneet anaerobiseen hengitykseen. Tämä prosessi tapahtuu soluorganellissa, jota kutsutaan mitokondriot.

Primitiivisemmät ovat prosessit, jotka monet organismit käyvät läpi, kun happea ei ole riittävästi. Yleisimmin tunnetut anaerobiset prosessit tunnetaan käymisellä. Useimmat anaerobiset prosessit alkavat samalla tavalla kuin aerobinen hengitys, mutta ne pysähtyvät osittain reitin läpi, koska happi ei ole käytettävissä siihen aerobisen hengitysprosessin loppuun saattamiseksi, tai ne liittyvät toisen molekyylin kanssa, joka ei ole happea lopullisena elektronina tunnustaja. Fermentointi tekee monista vähemmän ATP: tä ja vapauttaa useimmissa tapauksissa joko maitohapon tai alkoholin sivutuotteita. Anaerobisia prosesseja voi tapahtua solun mitokondrioissa tai sytoplasmassa.

Maitohappokäyminen on anaerobisen prosessin tyyppi, jolla ihmiset käyvät läpi, jos happea on pulaa. Esimerkiksi pitkän matkan juoksijat kokevat maitohapon kertymistä lihaksissaan, koska he eivät ota tarpeeksi happea pysyäkseen liikunnan vaatiman energian kysynnän suhteen. Maitohappo voi jopa aiheuttaa lihaksen kouristumista ja kipeyttä ajan myötä.

Alkoholista käymistä ei tapahdu ihmisissä. Hiiva on hyvä esimerkki organismista, joka käy läpi alkoholikäytön. Sama prosessi, joka jatkuu mitokondrioissa maitohappokäymisten aikana, tapahtuu myös alkoholikäymisessä. Ainoa ero on, että alkoholikäytön sivutuote on etyylialkoholi.

Alkoholikäymiset ovat tärkeitä olutteollisuudelle. Oluenvalmistajat lisäävät hiivaa, joka käy alkoholipitoisella käymisellä lisätäkseen alkoholia hauteen. Myös viinin käyminen on samanlaista ja tarjoaa viinille alkoholia.

Aerobinen hengitys on paljon tehokkaampaa saada ATP: tä kuin anaerobiset prosessit, kuten käyminen. Ilman happea Krebs-sykli ja Elektronien kuljetusketju turvaa soluhengityksessä eivätkä enää toimi. Tämä pakottaa solun käymään läpi paljon vähemmän tehokasta käymistä. Vaikka aerobinen hengitys voi tuottaa jopa 36 ATP: tä, erityyppisten käymisten nettovoitto voi olla vain 2 ATP.

Uskotaan, että vanhin hengitystyyppi on anaerobinen. Koska ensimmäisessä ei happea ollut läsnä vähän tai ei ollenkaan eukaryoottisolut kehittynyt läpi endosymbiosis, he voivat käydä läpi vain anaerobisen hengityksen tai jotain vastaavaa käymiseen. Tämä ei kuitenkaan ollut ongelma, koska nuo ensimmäiset solut olivat yksisoluisia. Vain 2 ATP: n tuottaminen kerrallaan riitti pitämään yhden solun käynnissä.

Kun monisoluisia eukaryoottisia organismeja alkoi ilmestyä maan päälle, isompia ja monimutkaisempia organismeja tarvittiin tuottamaan enemmän energiaa. Kautta luonnonvalinta, organismit, joilla on enemmän mitokondrioita, jotka voivat käydä läpi aerobista hengitystä, selvisivät ja lisääntyivät, siirtäen nämä suotuisat mukautukset jälkeläisiin. Muinaisemmat versiot eivät enää voineet pysyä ATP: n kysynnän kanssa monimutkaisemmassa organismissa ja kuolivat sukupuuttoon.